原標題：優化材料力學課程教學 培養創新人才

來源：中國教育報

原標題：優化材料力學課程教學 培養創新人才

來源：中國教育報

聊城大學建筑工程學院土木專業作為山東省一流本科專業，積極響應國家教育數字化戰略，深化新工科背景下的工程技術應用，深刻把握人工智能為高等教育賦能的重要趨勢，致力于塑造培養應用型、復合型的工程科技人才，促進教學從“師生交互”向“師/生/機”深度交互轉變。聊城大學建筑工程學院土木專業以材料力學課程為試點，堅持以人才培養為核心，通過將工程實際與人工智能融入材料力學教學，建設基于新形態知識圖譜的專業培養新模式和課程內容數智化體系，為高等教育和區域產業創新發展培育高水平師資隊伍和高素質創新人才，為創新傳統學科的教育教學模式探索了新的路徑。

材料力學作為聊城大學建筑工程學院土木專業大二階段的核心課程，不僅是建筑工程學院土木專業學生研究生入學考試的關鍵科目，也是注冊建筑師資格考試的必考內容，在聊城大學建筑工程學院土木工程專業的人才培養體系中，材料力學課程承擔著承上啟下、協同提升工程計算能力的重要使命。學生經過兩年的專業學習，能夠初步掌握基本的理論知識，并形成對工程方案的初步認知能力。然而，部分學生在實際工程設計理念、結構原理以及文化內涵等方面缺乏深層次認知。為解決這一問題，聊城大學建筑工程學院土木專業材料力學教學團隊瞄準“進一步持續提升學生的工程素養，促進學科交叉融合、提升教學的數字化水平，充分應用人工智能技術、突破教學的時空壁壘、展現專業特色不足，豐富學生的學習體驗”的目標，貫徹以學生為中心的教育理念，強化新工科內涵，借助傳統教學智慧，運用人工智能等現代信息技術，針對聊城大學建筑工程學院土木專業大二學生的材料力學課程教學進行系統化更新。

推行“四維融合”教學模式

聊城大學建筑工程學院土木專業材料力學教學團隊全面推行“線上線下混合式教學模式+實驗教學模式+工程實踐教學模式+人工智能教學模式”“四維融合”的教學模式，實現學生知識、能力、素養和創新的協同發展。首先，依據學生的學習進度和需求，科學調配線上自主學習與線下課堂教學的時間和內容，構建了完善的混合式實驗課程體系。學生可借助在線平臺自主安排學習任務，在線上學習階段，學生可以通過觀看教學視頻、完成在線測試等方式，初步掌握材料力學的基本概念和原理，而線下課堂則聚焦于知識難點剖析，教師針對學生在學習過程中遇到的疑難問題進行詳細講解，組織學生進行互動討論、答疑解惑以及實踐操作，并鼓勵學生發表自己的見解，助力學生更好地理解材料力學的知識、掌握技能。其次，在實驗教學環節，聊城大學建筑工程學院土木專業材料力學教學團隊為加深學生對材料力學的理解，精心設計了材料力學實驗課程，利用電測法進行材料力學拉伸實驗、梁的彎曲實驗、彎扭組合變形實驗、壓桿穩定實驗等，引導學生將理論知識與實際操作緊密聯系，從而深化對材料力學原理的掌握。例如，在進行材料力學拉伸實驗時，學生操作實驗設備，記錄實驗數據，并根據數據繪制應力應變曲線，從而更直觀地理解材料的力學性能。在此基礎上，帶領學生進行實地工程實踐和實習實訓，目前建筑工程學院土木專業設立結構力學反力架加載實訓、材料力學組合實驗裝置實訓、裝配式結構實訓等，加深學生對工程實踐的認知。再其次，利用人工智能技術賦能教學，通過智能教學平臺和數據分析工具，實現對學生學習進度的實時監控和個性化學習路徑的設計。人工智能技術不僅能為學生提供智能輔導和即時反饋，還能搭建虛擬仿真實驗場景，增強學生的學習體驗和實踐能力。這種融合模式不僅提升了教學效果，還激發了學生的學習興趣和創新能力，為材料力學課程的高質量發展提供了有力支撐。

搭建“人工智能融合”的智能化材料力學教學體系

在教學內容方面，聊城大學建筑工程學院土木專業材料力學教學團隊將傳統教學和人工智能技術相結合，通過聊天機器人開展課堂教學實驗，針對專業學生具體情況，對課程資源進行模塊化處理和層級結構拆分，提取教學子主題、知識點及內容，對課程知識體系進行了深度重構，將教學章節轉化為9個教學單元，形成3個模塊，分別為“基本變形強度和剛度”“復雜變形強度和剛度”以及“應力狀態”。將課程內容劃分為“基礎理論”“實踐操作”和“拓展應用”三大模塊。每個模塊結束時嵌入3次專題研討。針對不同內容，構建不同知識圖譜查看模式，例如，利用課程地圖幫助學習者快速把握知識體系，利用模塊環狀圖譜幫助學習者理解模塊間的緊密聯系和跨模塊的交叉融合，同時為教師提供教學內容安排和跨學科改革的依據。根據課程特色和學員需求動態調整個性化圖譜的利用方式，增強教學的針對性和實用性，提升教學質量和學習體驗。同時通過利用人工智能工具，教師可以設計互動式教學活動，如角色扮演、小組討論等，提高學生的學習興趣和參與度。此外，人工智能工具還可以輔助教師進行課程內容的創新，動態生成教學材料，提供即時反饋和評估，以及開展互動式教學活動。

在教學方式方面，聊城大學建筑工程學院土木專業材料力學教學團隊首先利用Gradescope平臺進行調研，根據學生的不同興趣將學生分為“材料力學小組”“結構工程小組”“材料設計小組”“材料科學小組”，并利用人工智能針對不同小組推送不同內容。團隊教師針對“材料力學小組”，利用人工智能推送有關材料力學的詳盡資源，包括材料微觀結構與宏觀力學性能之間的關系、材料的力學行為預測，以及材料在不同條件下的應力應變曲線等。這些資源形式多樣，涵蓋學術論文、實驗數據、模擬結果等，以全面滿足小組的研究需求。團隊教師針對“結構工程小組”，圍繞小組探討的復雜結構設計和優化議題，利用人工智能提供豐富的結構分析背景資源，包括結構優化算法、材料性能數據以及結構在不同載荷下的響應分析等。這些資源將有助于小組深入理解結構設計的復雜性，并激發其對于結構創新設計的想法。團隊教師針對“材料設計小組”，利用人工智能推送有關材料設計的多元資源，包括新材料的發現、材料性能的優化，以及材料在特定應用中的性能表現等。這些資源將為小組提供寬廣的研究視野，促進其對于材料設計領域的深入理解。團隊教師針對“材料科學小組”，利用人工智能提供關于材料科學領域新的研究進展和研究成果，涵蓋材料篩選與優化、性能預測與模擬、新材料發現等議題。

在教學資源方面，聊城大學建筑工程學院土木專業材料力學教學團隊利用人工智能技術整合線上和線下資源庫，形成全方位的教學支持體系。線上資源包括高質量教學視頻、完整課件和拓展學習資料，并利用哈爾濱工程大學教育資源云平臺2.0與材料力學54個人工智能大模型的深度融合，滿足學生自主學習需求。線下資源則涵蓋優質教材、實驗設備、案例庫和項目庫，支持實踐教學。聊城大學建筑工程學院土木專業材料力學教學團隊通過人工智能技術定期更新資源，結合學生反饋優化內容，確保資源的時效性、實用性和高質量。

實施“理實結合”的材料力學教學創新

聊城大學建筑工程學院土木專業材料力學教學團隊通過創新的“理實結合”教學模式，將理論學習與地方特色項目實踐相結合，同時巧妙地融入人工智能技術，以提升教學的互動性、實踐性和獨特性。團隊利用黃河水沙調控及泥沙高效利用實驗室和數據開放創新應用實驗室（建筑遺產）這兩個省級平臺，選取黃河和光岳樓作為教學實踐場景，為學生提供了豐富的實踐資源和真實的工程背景。

在這一模式中，人工智能技術發揮了關鍵作用。依托人工智能輔助的設計和分析工具，學生能夠在虛擬環境中模擬水利工程運行和橋梁建設，深入理解材料力學理論在實際工程中的應用。同時，人工智能技術也被用于創建互動式學習模塊，如虛擬現實（VR）和增強現實（AR）體驗，讓學生能夠直觀地探索光岳樓等古代建筑的力學結構和歷史價值。此外，聊城大學建筑工程學院材料力學教學團隊還引入了項目式學習（PBL）方法，進一步強化“理實結合”的教學效果。將學生進行分組，分配與黃河水利工程和古建筑保護相關的實際項目任務，學生需要運用所學的材料力學知識，結合人工智能工具進行數據分析和方案設計。例如，在黃河水利工程的模擬項目中，學生利用數值模擬軟件，分析不同水沙條件下的堤壩受力情況，提出優化設計方案；而在光岳樓保護項目中，學生借助增強現實（AR）技術對光岳樓的結構進行三維重建，分析其在長期風化和地震作用下的穩定性。這種項目式學習不僅提升了學生的實踐能力，還培養了他們的創新思維和團隊協作能力，使學生能夠更好地應用理論知識解決復雜的實際工程問題。

聊城大學建筑工程學院土木專業通過“知識—工程—人工智能”協同融合，創新材料力學課程教學模式，實現了“四維融合”“人工智能融合”“理實結合”的突破。聊城大學建筑工程學院土木專業材料力學教學團隊借助線上線下混合式教學、實驗實踐、人工智能賦能以及地方特色項目，優化教學內容，提升學生知識、能力和素養。不僅為學生提供了更加豐富多元的學習體驗，更為材料力學教學注入了新的活力。未來，聊城大學建筑工程學院將繼續深化校地融合與校企合作，探索跨學科教學，在教學中融入數字技術，推動課程與市場需求緊密結合，為培養高素質創新型人才和推動區域發展提供有力支撐。

（張小千）

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